生于武德二年（619年），武德三年（620年）封魯王。貞觀二年（628年），授散騎常侍。貞觀五年（631年），任西韓州刺史，不久改任華州刺史。貞觀八年（634年），改任梁州刺史。貞觀十年正月（636年），改封漢王，改任梁州都督。貞觀十七年（643年），改任隴州刺史。

李元昌少好學，善隸書，又善畫馬。與太子李承乾關係良好，常在一起遊玩，俱謀取帝位。貞觀十七年（643年）四月，太子李承乾、漢王李元昌、兵部尚書侯君集等陰謀發動政變，事敗，唐太宗想要將他特敕免死，受到大臣高士廉、李世勣阻止。四月六日（4月29日）李元昌被賜自盡于家，時年二十五歲。妻子被籍沒。當年十月十五日（12月1日），又以國公禮葬于雍州之高陽原。